Prolog if-then-else 结构：-> vs *-> vs. if_/3答案

【问题标题】：Prolog if-then-else constructs: -> vs *-> vs. if_/3Prolog if-then-else 结构：-> vs *-> vs. if_/3
【发布时间】：2018-10-31 16:30:06
【问题描述】：

正如我似乎再也找不到的另一个 StackOverflow 答案中所述，这种模式经常出现在实际的 Prolog 代码中：

pred(X) :-
    guard(X),
    ...
pred(X) :-
    \+ guard(X),
    ...

许多人试图将其浓缩为

pred(X) :-
    (guard(X) ->
    ...
    ;
    ...).

然而众所周知，箭头结构破坏了选择点，不合逻辑。

在 Ulrich Neumerkel 和 Stefan Kral 的 Indexing dif/2 中，提出了一个名为 if_/3 的谓词，它是单调且合乎逻辑的，但在论文中他们提到了另一个引起我注意的构造：*->。

*-> 构造函数的功能与上面的未加糖保护子句示例完全相同，因此它似乎非常适合我的使用，因为我不想拥有if_/3 所需的具体条件，我不在乎关于额外的选择点那么多。如果我没记错的话（编辑：我是），它提供与if_/3 相同的语义，但不需要在条件谓词中添加“具体化”。

但是在它的 SWI 文档中，它声称 "this construct is rarely used," 对我来说似乎很奇怪。当您尝试进行纯逻辑编程时，*-> 在我看来比-> 要好得多。有什么理由避免这种结构，还是有更好的替代整个保护子句/否定保护子句模式的方法？

【问题讨论】：

如果我没记错的话，它提供的语义与if_/3 相同。你误会了。请参考2 Prolog 的 if-then-else 的声明性限制，最后一段：即使是 SICStus 和 SWI 的“软剪辑”版本if/3 和(*->)/2，也可以展示与 Prolog 的不合理否定相同的问题。
这是if/3 的定义（效率不高，因为它执行了两次守卫）：if(G_0, Then_0, _) :- G_0, Then_0. if(G_0, _, Else_0) :- \+ G_0, Else_0. 你看到\+？里面充满了杂质！

标签： if-statement prolog control-structure logical-purity implication

【解决方案1】：

让我们试试吧！你给出的模式是：

预测（X）：- （守卫（X）-> ... ; ... ）。

我现在使用(*->)/2，并填写“...”如下：

预测（X）：- （守卫（X）*-> 假 ; 真）。

进一步，作为guard/1，我定义了明显的pure谓词：

守卫(a)。

现在，让我们问pred/1最通用的查询：有什么解决办法吗？

?- pred(X)。 错误。

因此，根据谓词，没有术语 X 使得 pred(X) 为真。

但那错了，因为其实有这样一个名词：

?- pred(b)。 是的。

事实上，pred/1 有无限多的解决方案。在这种情况下，谓词状态根本没有是可以接受的吗？当然，因为答案的计算非常有效，不是这样吗？

我们得出结论，(*->)/2 与(->)/2 有一个重要的缺点：它可能错误地 提交到其中一个分支，以防不同分支适用如果只有条件中出现的变量被进一步实例化。以这种方式依赖于其参数的实例化的谓词永远不可能是纯的，因为它抵消了我们期望适用于纯逻辑程序的单调推理。特别是，从逻辑的角度来看，由于 pred(b) 成立，我们希望 pred(X) 是 pred(b) 的概括，不能失败。一旦这个属性被破坏，你就不能再应用声明式调试和其他重要的方法，这些方法让你更容易理解、推理和管理 Prolog 程序，而这些首先构成了声明式编程的主要吸引力。

你提到的问题大概是What uses does if_3/ have?。

【讨论】：

好的，我现在明白了。在我看来，如果我们让\+/1 以与dif/2 相同的方式工作（也就是说，它施加了一个永远不会证明某个表达式的约束），我们可以通过使*-> 得到正确的行为这样，如果测试子句失败（例如guard(X)），它会引入约束\+guard(X)，我们可以避免if_/3子句的整个具体化，不是吗？
请注意，让(\+)/1 与dif/2 工作方式相同，等于建设性否定。您可以在 7 General reification 中找到对此的讨论。至少从给出的示例来看，与if_/3 的“整体迂回”相比，一般具体化的成本要高得多。
@false 太棒了，感谢您的提示。似乎我们可以通过将原始示例更改为具有freeze(X, \+guard(X)) 来完成纯粹的行为，这看起来与if_/3 表单的工作方式相同。不过，我不确定这对性能的影响。
@NameMcChange：根据guard/1 的精确含义，您可能需要when(ground(X), \+ guard(X)) 或介于两者之间的东西。这正是建设性否定如此昂贵的原因。您或多或少需要一个元解释器来监视guard/1 的行为。

【解决方案2】：

通常命名为 soft-cut 的控制结构可用于多个 Prolog 系统。 CxProlog、ECLiPSe、JIProlog、SWI-Prolog 和 YAP 将其作为 *->/2 谓词和中缀运算符提供。 Ciao Prolog、SICStus Prolog 和 YAP 提供具有相同语义的 if/3 谓词。

我对这个 soft-cut 控件结构的主要用途是在 Logtalk 中实现 coinduction，它在其中起着关键作用。在这种情况下，我很少使用它。

另一方面，->/2 被广泛使用。 if 部分中的隐式切割是结构的局部切割，它的使用避免了，如您的示例中那样，尝试两次证明守卫，这在计算上可能是昂贵的。它可能不是纯粹的，但与剪辑一样，只要您充分了解它的优缺点，它就是一个有用的控制结构。

附： Logtalk 为*->/2 变体https://github.com/LogtalkDotOrg/logtalk3/tree/master/tests/prolog/control/soft_cut_2_3 和if/3 变体https://github.com/LogtalkDotOrg/logtalk3/tree/master/tests/prolog/control/if_3 提供此控制结构的单元测试

【讨论】：